Кратность тока электродинамической стойкости трансформатора тока

Трансформатор тока, как всякий ап­парат, включаемый в цепь последова­тельно, должен быть электродинами­чески и термически стойким.

Электродинамическая стойкость. В трансформаторах тока имеют место внутренние электродинамические силы от взаимодействия токов в элементах обмоток, главным образом первичной, и внешние силы от взаимодействия токов разноименных фаз.

Многовитковые трансформаторы то­ка, у которых первичная обмотка вы­полнена в виде катушки или в виде нескольких петель удлиненной формы, подвержены в основном действию

внутренних электродинамических сил. В одновитковых трансформаторах, где первичная обмотка представляет собой прямолинейный проводник, внутренние силы практически отсутствуют и элект­родинамическая стойкость определяется внешними силами.

Электродинамическую стойкость трансформаторов тока характеризуют током динамической стойкости i_ДИН или отношением этого тока к амплитуде номинального первичного тока, т. е. кратностью

Кроме того, для трансформаторов тока внутренней установки, подвержен­ных внешним электродинамическим си­лам вследствие относительно небольших расстояний между фазами, заводы-изго-.товители указывают наибольшее до­пустимое расстояние от вывода первич­ной обмотки до ближайшего опорного изолятора при минимальном расстоя­нии между фазами.

Условие электродинамической стой­кости трансформатора тока выражается следующим образом:

Условие термической стойкости трансформатора тока имеет вид

где В — интеграл Джоуля; К_тер = = I_тер/I_1ном — кратность тока термиче­ской стойкости.

17.5. Конструкции трансформаторов тока

Различают две основные группы из­мерительных трансформаторов тока: одновитковые и многовитковые.

Одновитковые трансформаторы наи­более просты в изготовлении. Однако при одном витке первичной обмотки и применении стали среднего качества

МДС обмотки недостаточна для транс­форматоров класса 0,5, если первичный ток менее 400—600 А. Одновитковые трансформаторы с меньшим номиналь­ным током, например встроенного ти­па, относятся к классам 1 и 3. Приме­нение получили три характерные конст­рукции одновитковых трансформаторов: стержневые, шинные и встроенные.

Стержневые трансформаторы тока изготовляют для номинальных напряже­ний до 35 кВ и номинальных первич­ных токов от 400 до 1500 А. В качестве примера на рис. 17.9 показан стержне­вой трансформатор типа ТПОЛ (П — проходной, О — одновитковый, Л — ли­тая изоляция) для номинального напря­жения 10 кВ. Первичной обмоткой слу­жит прямолинейный стержень 1 с зажи­мами на концах. На стержень поверх изоляции надеты два кольцевых магни-топровода 2 со вторичными обмотками. Таким образом, два трансформатора объединены в общую конструкцию. Маг-

нитопроводы вместе с первичной и вто­ричными обмотками залиты эпоксид­ным компаундом и образуют моно­литный блок 3 в виде проходного изо­лятора. Блок снабжен фланцем 4 из силумина с отверстиями для крепежных болтов. Зажимы вторичных обмоток 5 расположены на боковом приливе изо­ляционного блока.

Диаметры магнитопроводов одина­ковы для всех трансформаторов этой серии, а высота зависит от назначения трансформатора и первичного номи­нального тока.

Шинные трансформаторы тока изго­товляют для номинальных напряжений до 20 кВ и номинальных первичных токов до 24000 А. При таких больших токах целесообразно упростить конст­рукцию трансформатора, используя в качестве первичной обмотки шину или пакет шин соответствующего присоеди­нения. При этом устраняются зажимы первичной обмотки с контактными соединениями. Вследствие большого но­минального первичного тока шинные трансформаторы можно выполнить в классе 0,5, не прибегая к компенсации погрешностей. Металлическая арматура шинных трансформаторов должна быть выполнена из немагнитного материала во избежание чрезмерного нагревания вихревыми токами. В качестве примера на рис. 17.10 показан шинный транс­форматор типа ТШЛ-20 (Ш — шинный, Л — литая изоляция) для напряжения 20 кВ. Магнитопроводы 1 и 2 со вто­ричными обмотками залиты эпоксид­ным компаундом и образуют изоляци­онный блок 3. Блок соединяется с осно­ванием 4, имеющим приливы 5 для крепления трансформатора. Проходное отверстие (окно) с размерами от 200×200 до 250×250 мм 2 рассчитано на установку двух шин корытного сече­ния. Зажимы 6 вторичных обмоток расположены над блоком.

Встроенные трансформаторы тока устанавливают на вводах 35 кВ и выше масляных баковых выключателей и си­ловых трансформаторов. На рис. 17.11 показан магнитопровод с вторичной об­моткой встроенного трансформатора

тока, предназначенного для масляного выключателя типа У-110 (два трансфор­матора на каждый ввод). Токоведущие стержни вводов с их изоляцией служат первичными обмотками для встроенных трансформаторов. Поэтому они дешевы и не требуют особого места для уста­новки.

Вторичные обмотки встроенных трансформаторов выполняют с ответ­влениями, позволяющими подобрать число витков и, следовательно, коэффи­циент трансформации в соответствии с рабочим током цепи. Обычно вто­ричные обмотки имеют четыре ответвле­ния, причем основные выводы (полное число витков) соответствуют номиналь­ному току выключателя. При работе трансформатора тока на ответвлении с неполным числом витков вторичной обмотки и, следовательно, с первичным током меньше номинального погреш-

ность его увеличивается вследствие уменьшения МДС первичной обмотки.

Погрешности встроенных трансфор­маторов тока при прочих равных усло­виях больше погрешностей стержневых и шинных трансформаторов, так как из-за значительного диаметра кольцево­го магнитопровода, определяемого диа­метром ввода, длина его и, следова­тельно, сопротивление магнитной цепи оказываются весьма большими.

Многовитковые трансформаторы то­ка изготовляют для всей шкалы номи­нальных напряжений и для токов до 1000—1500 А, т. е. применительно к ус­ловиям, когда необходимая точность не может быть обеспечена при одном первичном витке. Наличие нескольких витков в первичной обмотке усложняет конструкцию трансформатора, так как приходится учитывать внутренние элект­родинамические силы при КЗ и значи­тельные витковые напряжения при вол­новых процессах с крутым фронтом волны. Вид изоляции и конструкцию обмоток выбирают в соответствии с номинальным напряжением.

Для напряжений 6—10 кВ изготов­ляют катушечные и петлевые транс­форматоры тока с эпоксидной изоля­цией. В качестве примера на рис. 17.12 показан внешний вид трансформатора тока типа ТПЛ-1 (П — петлевой, Л — литая изоляция) для напряжения 10 кВ. Здесь 1 — литой блок, охватывающий первичную и вторичную обмотки; 2 — магнитопроводы; 3,—зажимы вторич­ных обмоток; 4 — основание с отвер­стиями для болтов.

Для напряжений 35 — 750 кВ изготов­ляют трансформаторы тока наружной установки с масляным заполнением ти­па ТФН (Ф — фарфоровая изоляция, Н — наружная установка).

На рис. 17.13 показаны магнито­проводы и обмотки трансформатора тока типа ТФН. Кольцевые магнитопро­воды 1—3 выполнены из ленточной стали. На них навиты вторичные об­мотки. Первичная обмотка 4 из много­жильного провода проходит через от­верстия магнитопроводов. Концы ее вы­ведены наверх. Такую своеобразную кон-

струкцию называют звеньевой или восьмерочной. Первичная обмотка состоит из двух секций, которые с помощью переключателя могут быть соединены последовательно или парал­лельно, благодаря чему первичный но­минальный ток и, следовательно, ко­эффициент трансформации можно изме­нять в отношении 1:2. Изоляция 5 первичной обмотки, а также магнито-проводов с вторичными обмотками вы­полнена из кабельной бумаги. Магни-топроводы и обмотки трансформаторов тока типа ТФН заключены в фарфоро­вый полый изолятор, заполненный мас­лом (рис. 17.14).

Трансформаторы тока 330 — 750 кВ выполняют каскадного типа. Они состо­ят из двух ступеней — верхней 1 и ниж­ней 2, каждая из которых является конструктивно самостоятельным эле­ментом, аналогичным трансформатору тока типа ТФН, и рассчитана на поло­вину номинального напряжения (рис. 17.15, а). Ко вторичной обмотке

верхней ступени присоединяется первич­ная обмотка 3 трансформатора нижней ступени, имеющего четыре-пять вторич­ных обмоток. Таким образом, в каскад­ном трансформаторе тока применены две последовательные трансформации (рис. 17.15, б). Это приводит к некоторо­му увеличению погрешностей.

Технический портал компании

Категории

Стойкость трансформаторов тока к токам короткого замыкания определяется следующими параметрами:

• током термической стойкости I_т, кА или кратностью тока термической стойкости К_т
• током электродинамической стойкости I_д, кА или кратностью тока электродинамической стойкости, К_д
• временем протекания тока короткого замыкания, t_к (1 или 3 с)

Ток термической стойкости

Ток термической стойкости I_т – наибольшее действующее значение тока короткого замыкания за промежуток времени, которое трансформатор тока выдерживает в течение этого промежутка времени без нагрева токоведущих частей до температур, превышающих допустимые при токах короткого замыкания, и без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе.

Кратность тока термической стойкости K_т – отношение тока термической стойкости к действующему значению номинального первичного тока I_ном.

Формула пересчета кратности тока термической стойкости через ток термической стойкости и номинальный первичный ток трансформатора?

Формулы пересчета трехсекундного тока термической стойкости через ток односекундной термической стойкости и обратно:

Допустимый односекундный ток термической стойкости трансформаторов ООО «НТЗ «Волхов» в зависимости от номинального первичного тока приведен ниже

Номинальный первичный ток, А	Односекундный ток термической стойкости, кА
5	0,5 – 2
10	1 – 5
15	1,6 – 5
20	2 – 10
30	5 – 12,5
40	5 – 16
50	5 – 25
75, 80	10 – 31,5
100	10 – 50
150	16 – 50
200, 250	20 – 50
300	31,5 – 50
400 – 4000	40 – 50

Максимально допустимый ток термической стойкости может быть ограничен особенностями конструкции трансформатора, подробная информация указана в технических характеристиках на конкретное типоисполнение.

Ток электродинамической стойкости

Ток электродинамической стойкости I_д – наибольшее амплитудное значение тока короткого замыкания за все время его протекания, которое трансформатор тока выдерживает без повреждений, препятствующих его дальнейшей исправной работе.

Кратность тока электродинамической стойкости K_д – отношение тока электродинамической стойкости к амплитудному значению номинального первичного тока

?Формула пересчета кратности тока электродинамической стойкости через ток электродинамической стойкости и номинальный первичный ток трансформатора

Между значениями I_д и I_т должно соблюдаться соотношение

[ I_дgeq1,8cdotsqrt 2cdot I_т ]

Соответствие токов КЗ трансформаторов

Таблица соответствия токов термической стойкости, токов электродинамической стойкости для изделий ООО «НТЗ «Волхов» приведена ниже

Односекунд­ный ток тер­миче­ской стой­кости Iт(1с), кА	Трехсекунд­ный ток тер­миче­ской стой­кости Iт(3с), кА	Ток электро­ди­на­миче­ской стой­кости Iд, кА
0,5	0,31	1,3
1	0,62	2,5
1,6	1	4,1
2	1,25	5,1
5	3,15	12,7
10	6,25	25,5
12,5	8	31,8
16	10	40,7
20	12,5	50,9
25	16	63,6
31,5	20	80,2
40	25	101,8
50	31,5	127,3

Особенности расчета трансформаторов с повышенным током термической стойкости

Увеличение значения односекундного тока термической стойкости (особенно на трансформаторах тока со значениями номинального первичного тока от 5 до 200 А) приводит к увеличению сечения первичной обмотки, что ведет за собой увеличение габаритных размеров трансформаторов или ограничение таких параметров, как:

• количество вторичных обмоток
• номинальная предельная кратность вторичных обмоток для защиты
• номинальная мощность вторичных обмоток для защиты

Ток электродинамической стойкости — это максимальное значение амплитуды тока короткого замыкания за все время его протекания, которую трансформатор тока выдерживает без каких-либо повреждений, препятствующих дальнейшей его исправной работе, способность трансформатора тока противостоять механическим и разрушающим воздействиям тока короткого замыкания.

Есть такое понятие, как кратность электродинамической стойкости. Обозначается индексом Кд и является отношением тока электродинамической стойкости Iд к амплитуде номинального первичного тока I1н.

Требования электродинамической стойкости не распространяются на шинные, встроенные и разъемные трансформаторы тока.

Это максимальное действующее значение тока короткого замыкания за промежуток времени t, которое трансформатор тока выдерживает без нагрева токоведущих частей до превышающих допустимых температур и без повреждений, препятствующих дальнейшей его исправной работе. Так вот температура токоведущих частей трансформатора тока, выполненных из меди не должна быть больше 250 градусов, из алюминия — 200, это способность трансформатора тока противостоять тепловым воздействиям тока короткого замыкания за определенный промежуток времени.

Существует такое понятие, как кратность тока термической стойкости. Обозначается индексом Кт и является отношением тока термической стойкости ItТ к действующему значению номинального первичного тока I1н.